冲刷监测预警——桥梁墩台、海上风电桩基

HuiRov 2022年9月13日15:11:16
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河床冲刷是指泥沙对桥墩、桥台等水下构筑物的冲刷。冲刷可以发生在水流的任何区域,从小溪和河流到潮汐河口。这种侵蚀是由水流引起的,在快速、高流量的时候会增加,比如在洪水期间。水流越快,被冲走的泥沙就越多。冲刷在河床上留下的洞会危及建筑物的安全。

桥梁冲刷监测、水电站/水库入水口冲刷监测和其他海上结构如风电桩的冲刷监测可以在灾害发生前识别和预防灾害。虽然冲刷可以随着时间的推移缓慢发生,但洪水事件可以导致快速冲刷,直至结构破坏。当冲刷改变桥墩河床的高度时,监测系统可以指示桥梁何时因泥沙侵蚀而出现结构缺陷和危险。虽然监测并不能使一个结构更不容易受到冲刷,但如果一座桥梁变得冲刷严重,必须关闭,就可以发出实时警报。

  • 泥沙:冲刷的基础

泥沙是可以被水和风移动的有机和无机颗粒的集合。在水质方面,泥沙通常是指从当地环境中带入水中的矿物物质,如粘土、淤泥、沙子和砾石。泥沙的数量和这些颗粒移动的距离被称为泥沙输运率。

泥沙的输送,以及由此产生的侵蚀和沉积,都依赖于水流。当水流增加时(无论是体积还是流速),作用在河床上的力也会增加。在大流量事件中,如洪水和积雪融化,高流量携带的泥沙量增加,增加了泥沙输运率,并造成侵蚀。虽然泥沙运输和沉积是大多数水生生态系统的重要组成部分,但持续的侵蚀可能会对人造结构造成风险。

冲刷(河床对建筑物的侵蚀)是过度泥沙搬运的结果。当泥沙侵蚀发生在桥墩或其他结构的基础上,由于结构的妥协,它可能会引起安全问题。

  • 实时方案

实时监测是最有效、最经济的冲刷对策之一。虽然监测不能防止或根除桥梁冲刷,但它可以提供对冲刷临界条件的充分警告。冲刷监测仪器将测量码头或其他建筑物附近的泥沙水位或河床高度。随着泥沙被水流侵蚀,海拔降低,仪器将测量泥沙水位的变化。如果达到临界水平,信号可以传送给必要的人员进行桥梁合闸。

虽然有便携式的冲刷监测仪器,但固定的仪器可以提供更频繁的实时数据。值得注意的是,没有一种单一的冲刷监测方法可以不考虑环境条件而适用于所有地点。然而,这里列出的三种冲刷监测仪器(声纳、磁滑环、浮置装置)是由美国NCHRP研究团队测试的,并且是常用的。

  • 典型的冲刷监测系统

冲刷监测预警——桥梁墩台、海上风电桩基

冲刷监测是所有桥梁冲刷对策策略中最具成本效益和值得推荐的。监测策略可用于检测潜在的冲刷问题区域,并持续调查当前的冲刷进度。这通常是通过安装在桥梁结构上的监测站来完成的,由一个或多个声纳传感器提供数据。

为了有效,桥梁冲刷应持续监测,并提供实时数据。最简单、最有效的方法是使用综合遥测系统。数据记录器可以支持多个声纳和水位传感器,并以预定义的间隔记录每个传感器的冲刷数据。通过遥测技术、人工智能和物联网技术,无论是无线电、蜂窝电话还是卫星,该系统可以安全地将搜索数据实时传输到互联网上,以便从任何一台计算机上观看。

综合数据记录和遥测站可根据桥梁冲刷监测需求定制。集成系统,无论是安装在桥梁、码头,还是沿着河岸,都可以连接和支持多个传感器,即使它们安装在不同的码头上。所有设备都是通过一个中央电池和充电太阳能电池板系统供电。有多种遥测选项可供选择,连续实时数据可从任何计算机。这样就可以确保冲刷情况得到持续监测,并且如果冲刷变得非常严重,可以立即实施任何控制或对策。

  • 冲刷成果

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